新研究：柔軟で伸縮性のある電極が電気信号で触覚を模倣する

Tokyoカリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちは、触感を模倣する新しい装置を開発しました。このデバイスは、柔らかく伸縮性のある素材で作られており、肌に当てると圧力や振動を感じることができます。この研究は『サイエンス・ロボティクス』誌に掲載されています。

このデバイスの主な特徴は次の通りです。

• 柔らかく伸縮性のある電極
• 簡単に装着できるシリコンパッチ
• 指先や前腕に装着可能
• 外部電源とワイヤーで接続

電極は皮膚を通して微弱な電流を流します。その感覚は信号の周波数によって異なります。低周波の場合は圧力を感じ、高周波の場合は振動を感じます。

カリフォルニア大学サンディエゴ校のポスドク研究者であるレイチェル・ブラウさんは、電気信号を使ってさまざまな触覚を安全に提供できるウェアラブルデバイスを開発することを目指していると述べました。現在の技術では、硬い金属製の電極を使用しており、これが肌にうまく接触できず隙間を生じさせるため、痛みを引き起こす可能性があるのです。その結果、不快な電流が流れることがあります。

この問題を解決するために、チームは新しいポリマー材料を開発しました。この材料は、導電性と剛性を持つPEDOT:PSSと、柔軟で伸縮性のあるPPEGMEAの2つの既存のポリマーを組み合わせています。「これらのポリマー成分の比率を最適化することで、導電性と伸縮性を兼ね備えた材料を分子レベルで設計しました」とブラウ氏は述べています。

関連記事:

今日 · 4:56

革新的な移植医療: ナノ技術で拒絶反応を克服する

ポリマー電極は、レーザーでバネのようなデザインに切り取られ、シリコンベースに取り付けられています。このデザインにより、より伸縮性が生まれ、電流を皮膚の特定の場所に誘導します。「これにより、痛みを避けるための<強調>ターゲット刺激</強調>が可能になります」と、共同研究者であるUCサンディエゴの博士課程の学生、アブドゥルハミード・アブダルさんは述べています。

アブダルとブラウは、学部生のイー・チー、アンソニー・ナバロー、ジェイソン・チンと共に、電極の作成に取り組みました。この電極デバイスは、10人の参加者の前腕でテストされました。アムステルダム大学の研究者たちは、検出可能な電流の最小値を見つけ、電気刺激周波数を調整するのを手伝いました。

参加者たちは、圧力または振動を感じたと述べました。「周波数を上げると、圧力よりも振動をより強く感じました」とアブダルは言いました。「これは興味深いことです。というのも、以前は皮膚が電流をどのように感じ取るのか明確ではなかったからです。」

新しい発見により、より優れたタッチセンサー機器の開発が促進される可能性があります。これらの機器は、バーチャルリアリティ、医療用義肢、ウェアラブルテクノロジーに利用できるでしょう。この研究は、国立科学財団の障害およびリハビリテーション工学プログラムの資金提供を受け、一部はUCサンディエゴのサンディエゴナノテクノロジーインフラストラクチャで行われました。